Научные основы проектирования, изготовления и эксплуатации абразивного инструмента

• Автор: Курдюков, Владимир Ильич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Курган
• Количество страниц: 496 с. : ил.

Оглавление

Введение
Состояние вопроса, проблема, цель и задачи исследования
Часть I. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
1. Математическое описание взаимосвязей: характеристики поверхностного слоя (ПС) - структурные параметры матрицы АИ
1.1. Структура матрицы круга, ее основные элементы и параметры
1.2. Определение перечня характеристик ПС
1.3. Размеры абразивных зерен и геометрические параметры их вершин
1.4. Прочность абразивных зерен
1.5. Разработка математической модели для расчета прочности удержания зерна на рабочей поверхности абразивного круга
1.6. Экспериментальное определение плотности распределения абразивных зерен на глубине рабочего слоя шлифовального круга
1.7. Расчет объема среднестатистической поверхностной поры
2. Математические модели связей: показатели процесса шлифования - характеристики Г1С - параметры структуры матрицы
2.1. Определение числа режущих зерен на рабочей поверхности АИ, обеспечивающего заданный уровень производительности шлифования
2.2. Расчет минимально необходимого объема поверхностной поры, размера матричных пор и их объемной доли в круге
2.3. Расчетная модель объемного содержания связки в матрице
2.4. Вывод зависимости для ориентировочного расчета зернистости шлифовального инструмента
2.5. Разработка математической модели силы резания на зерне шлифовального круга
3. Экспериментальное определение параметров кинематического взаимодействия ПС АИ с обрабатываемой поверхностью заготовки
3.1. Методика компьютерного моделирования рельефа рабочей поверхности АИ и кинематики его взаимодействия с обрабатываемой поверхностью
3.2. Результаты эксперимента
3.3. Разработка математической модели для расчета уровня шероховатости обработанной поверхности
4. Методика оптимального проектирования АИ по заданным условиям реализации операции шлифования
4.1. Постановка задачи оптимизации и выбор целевой функции
4.2. Формирование комплекса ограничений целевой функции
4.3. Моделирование технологических ограничений целевой функции
4.3.1. Ограничения, накладываемые техническими требованиями
к детали
4.3.2. Математическое моделирование ограничений
по техническим характеристикам станка
4.3.3. Ограничения на параметры режима шлифования
4.4. Алгоритм проектирования оптимальной системы: вид операции шлифования - характеристики АИ - интенсивность съема припуска - параметры режима шлифования"

Часть II. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
1. Исследование поведения порошковой системы "абразивные зерна - связка - наполнитель" на различных стадиях получения АИ и выбор материала наполнителя
1.1. Исследование дисперсной системы абразивные зерна
при формовании
1.2. Выбор материала ПСЧ, как наполнителя
2. Разработка химического и шихтового состава керамических связок для изготовления АИ с использованием плавящихся

2.1. Общие положения
2.2. Исследование влияния шихтового состава системы "керамическая связка - наполнитель" на ее огнеупорность и растекаемость
2.3. Исследование влияния химического состава керамических связок на огнеупорность и растекаемость
3. Исследование физико-механических характеристик абразивных композиций системы "абразивное зерно -наполнители - керамическая связка"
3.1. Анализ характеристик прочности абразивных композиций
3.2. Выбор модели разрушения композиции и планирование экспериментальных исследований
3.3. Расчет удельной энергии на образование новой поверхности композиции
3.4. Определение модуля упругости и предела прочности композиции на изгиб
3.5. Расчет размера эквивалентного дефекта и разработка методики выбора оптимальной связки
4. Методика расчета рецептур и контроля прочностных характеристик АИ

Второй проблемой, стоящей на пути использования потребителями абразивного инструмента оптимальных характеристик, особенно высокоструктурных, является обеспечение возможностей его промышленного изготовления, т.е. создание надежной и экологически чистой технологии получения такого инструмента. Изложим более подробно существо данной проблемы.
Разнообразие условий обработки шлифованием (уровень производительности, обрабатываемый материал, технические требования по точности и качеству обработки, способ шлифования, тип абразивного инструмента и т.п.) предполагает изменение структурных характеристик АИ (объемных долей: зерна - К3; связки - Кс„; пор - К„) в довольно широких пределах. Так, К3 для алмазных кругов меняется от 12,5 до 50%, а абразивных - от 38 до 52%; Ксв - от 0,5 до 38% в абразивных кругах и от 10 до 50% в алмазных. Изменение Кп в в абразивном инструменте возможно от 24 до 49,5%. Алмазные инструменты практически не имеют пор. По принятой в отечественной абразивной промышленности системе пористость шлифовальных кругов одной и той же твердости (Ксв = const) не зависит от номера их структуры, т.е. от К, и является постоянной. Изменение же Кп обеспечивается только за счет снижения или повышения твердости круга, т.е. Ксв /109/. Считается, что с повышением номера структуры (снижением К3) размеры каждой отдельной поры увеличиваются, что при неизменном общем их объеме приводит к уменьшению их числа. Распределение же пор по объему круга является произвольным.
При изготовлении абразивных инструментов, кроме получения требуемого соотношения между параметрами структуры, необходимо обеспечить максимально равномерное распределение по его объему и самих компонентов (зерна, связки и пор). Действительно, шлифование представляет собой процесс массового микрорезания обрабатываемого материала отдельными абразивными зернами, и потому логично предположить, что наиболее благоприятные условия работы режущих зерен будут в случае, когда послед ние расположены равномерно по его рабочей поверхности. В этом случае